Тета-растворитель - Википедия - Theta solvent

В полимер решение, а тета-растворитель (или же θ растворитель) это растворитель в котором полимерные катушки действуют как идеальные цепи, предполагая, что именно их случайная прогулка размеры катушки. Следовательно Уравнение Марка – Хаувинка экспонента ${ displaystyle 1/2}$ в тета-растворителе. Термодинамически избыток химический потенциал смешивания между полимером и тета-растворителем равно нулю.^[1][2][3][4]

Физическая интерпретация

В конформация Предполагаемая полимерная цепь в разбавленном растворе может быть смоделирована как случайное блуждание мономер подразделения, использующие свободно сочлененная цепь модель. Однако эта модель не учитывает стерические эффекты. Настоящие полимерные катушки более точно представлены самопроизвольная прогулка потому что конформации, в которых разные сегменты цепи занимают одно и то же пространство, физически невозможны. Этот исключенный объем Эффект заставляет полимер расширяться.

На конформацию цепи также влияет качество растворителя. В межмолекулярные взаимодействия Между сегментами полимерной цепи и скоординированными молекулами растворителя имеется соответствующая энергия взаимодействия, которая может быть положительной или отрицательной. Для хороший растворитель, взаимодействия между сегментами полимера и молекулами растворителя являются энергетически выгодными и вызывают расширение полимерных клубков. Для плохой растворительсамовзаимодействие полимер-полимер является предпочтительным, и полимерные спирали будут сжиматься. Качество растворителя зависит как от химического состава полимера и молекул растворителя, так и от температуры раствора.

Если растворитель достаточно плох, чтобы нейтрализовать эффекты исключенного увеличения объема, тета (θ) условие доволен. Для данной пары полимер-растворитель тета-условие выполняется при определенной температуре, называемой тета (θ) температура или же тета-точка. Растворитель при этой температуре называется тета-растворителем.

Как правило, измерения свойств растворов полимеров зависят от растворителя. Однако при использовании тета-растворителя измеренные характеристики не зависят от растворителя. Они зависят только от короткодействующих свойств полимера, таких как длина связи, валентные углы и стерически благоприятные повороты. Полимерная цепь будет вести себя точно так, как предсказано случайным блужданием или идеальная цепочка модель. Это позволяет экспериментально определить такие важные величины, как среднеквадратичное значение от конца до конца или радиус вращения намного проще.

Кроме того, условие тета также выполняется в большом количестве аморфный полимер фаза. Таким образом, конформации, принятые для полимеров, растворенных в тета-растворителях, идентичны конформациям, принятым при полимеризации полимеров в массе.

Термодинамическое определение

С термодинамической точки зрения избыточный химический потенциал смешения тета-растворителя и полимера равен нулю. Эквивалентно энтальпия смешивания равно нулю, поэтому решение идеальный.

Невозможно измерить химический потенциал никакими прямыми средствами, но можно сопоставить его с величиной раствора. осмотическое давление (${ displaystyle Pi}$) и растворителя частичный удельный объем (${ displaystyle v_ {s}}$):

${ displaystyle Delta mu _ {1} = - v_ {s} Pi}$

Можно использовать вириальное расширение чтобы выразить зависимость осмотического давления от концентрации:

${ displaystyle { frac { Pi} {RT}} = { frac {c} {M}} + Bc ^ {2} + B_ {3} c ^ {3} ...}$

M это молекулярный вес полимера

р это газовая постоянная

Т это абсолютная температура

B это второй вириальный коэффициент

Эта связь с осмотическим давлением является одним из способов определения тета-состояния или тета-температура для растворителя.

Изменение химического потенциала при их смешивании имеет два члена: идеальный и избыточный:

${ displaystyle Delta mu _ {1} = Delta mu _ {1} ^ {ideal} + Delta mu _ {1} ^ {излишек}}$

Второй вириальный коэффициент, B, пропорционален избыточному химическому потенциалу смешения:

${ displaystyle B = { frac {- Delta mu _ {1} ^ {избыток}} {{v_ {s}} {c ^ {2}}}}}$

B отражает энергию бинарных взаимодействий между молекулами растворителя и сегментами полимерной цепи. Когда B> 0, растворитель «хороший», а когда B <0, растворитель «плохой». Для тета-растворителя второй вириальный коэффициент равен нулю, поскольку избыточный химический потенциал равен нулю; в противном случае он не подпадал бы под определение тета-растворителя. Таким образом, растворитель при его тета-температуре аналогичен настоящий газ на своем Температура Бойля.

Подобные отношения существуют и для других экспериментальные методы, включая рассеяние света, характеристическая вязкость измерение седиментационное равновесие, и температура помутнения титрование.

Смотрите также

• Теория решений Флори – Хаггинса

Рекомендации